Unidades de concentración de las soluciones
Isidora prepara mote con huesillo para la once. Primero disuelve azúcar en agua: con poca azúcar el jugo sale casi insípido; con mucha, empalagoso. ¿Cómo se dice con números «cuánta azúcar hay en el agua»? Eso es la concentración, y hay varias maneras de expresarla.
Soluto, solvente y solución
Una solución es una mezcla homogénea: a simple vista se ve una sola fase. Tiene dos partes:
En el mote con huesillo, el azúcar es el soluto, el agua es el solvente y el jugo dulce es la solución.
La masa se conserva al mezclar, así que $m_{\text{solución}} = m_{\text{soluto}} + m_{\text{solvente}}$. Los volúmenes, en cambio, no siempre se suman con exactitud: por eso, en las soluciones se mide el volumen final de la solución.
Isidora prepara una solución para el mote con huesillo disolviendo $15$ g de azúcar en $185$ g de agua. Calcula el porcentaje masa/masa ($\%\,m/m$) de la solución.…
Isidora prepara una solución para el mote con huesillo disolviendo $15$ g de azúcar en $185$ g de agua. Calcula el porcentaje masa/masa ($\%\,m/m$) de la solución. Indica cuál es el soluto, cuál es el solvente y cuál es la masa total de la solución.
Porcentajes: %m/m, %v/v y %m/v
La idea es siempre la misma: ¿cuánto soluto hay en 100 partes de solución?
Por qué funcionan: una fracción multiplicada por 100 se lee como «por cada 100». Un $5\ \%\ m/m$ significa $5$ g de soluto por cada $100$ g de solución. Un $0{,}9\ \%\ m/v$ significa $0{,}9$ g de soluto por cada $100$ mL de solución.
Un desinfectante de manos se prepara mezclando $40$ mL de alcohol con agua hasta completar $500$ mL de solución. Calcula el porcentaje volumen/volumen ($\%\,v/v$) de…
Un desinfectante de manos se prepara mezclando $40$ mL de alcohol con agua hasta completar $500$ mL de solución. Calcula el porcentaje volumen/volumen ($\%\,v/v$) de alcohol en la solución. Explica con tus palabras qué significa el valor que obtuviste.
El suero fisiológico es una solución de cloruro de sodio al $0{,}9\ \%\ m/v$. Considera que la masa molar del $\text{NaCl}$ es $58{,}5$ g/mol. a) Calcula la masa de…
El suero fisiológico es una solución de cloruro de sodio al $0{,}9\ \%\ m/v$. Considera que la masa molar del $\text{NaCl}$ es $58{,}5$ g/mol.
- a) Calcula la masa de $\text{NaCl}$ que hay en $750$ mL de suero.
- b) Calcula la concentración molar aproximada del suero.
ppm: concentraciones muy pequeñas
Para contaminantes o minerales que están en cantidades diminutas, el porcentaje sería un número ridículo. Se usan las partes por millón: miligramos de soluto por cada kilogramo de solución.
Una muestra de $2{,}0$ L de agua de un río cercano a una faena minera contiene $4{,}2$ mg de cobre disuelto. Calcula la concentración de cobre en ppm, considerando que…
Una muestra de $2{,}0$ L de agua de un río cercano a una faena minera contiene $4{,}2$ mg de cobre disuelto. Calcula la concentración de cobre en ppm, considerando que en soluciones acuosas diluidas $1\ \text{ppm} \approx 1\ \text{mg/L}$. Luego compara el resultado con un límite de referencia de $2{,}0$ ppm, que se da solo para este ejercicio, y concluye si la muestra lo supera.
Molaridad
Los químicos prefieren contar partículas (moles) y no gramos. La molaridad dice cuántos moles de soluto hay en cada litro de solución.
Por qué litros: la unidad está definida como mol por litro; si el volumen viene en mL, divide por $1.000$ antes de calcular.
Cómo preparar la solución
Se pesa el soluto, se disuelve en un poco de agua dentro de un matraz aforado y recién entonces se agrega agua hasta la marca de aforo, para que el volumen final sea el pedido.
En el laboratorio del liceo, Benjamín disuelve $0{,}50$ mol de cloruro de sodio ($\text{NaCl}$) en agua hasta obtener $250$ mL de solución. Calcula la concentración…
En el laboratorio del liceo, Benjamín disuelve $0{,}50$ mol de cloruro de sodio ($\text{NaCl}$) en agua hasta obtener $250$ mL de solución. Calcula la concentración molar de la solución, expresada en $\text{mol/L}$. Escribe la fórmula que usas e indica en qué unidad debe estar el volumen.
Florencia debe preparar $500$ mL de una solución de glucosa ($\text{C}6\text{H}{12}\text{O}6$) de concentración $0{,}20$ M. La masa molar de la glucosa es $180$ g/mol.…
Florencia debe preparar $500$ mL de una solución de glucosa ($\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$) de concentración $0{,}20$ M. La masa molar de la glucosa es $180$ g/mol. Calcula la masa de glucosa que necesita pesar y describe, en pasos ordenados, cómo prepararías la solución usando un matraz aforado.
Dilución
En bodegas y laboratorios se guardan soluciones concentradas y se diluyen cuando se necesitan. Al agregar solvente, el volumen sube y la concentración baja, pero la cantidad de soluto no cambia.
Concentración de un reactivo comercial
Las etiquetas indican pureza (%m/m) y densidad. Para pasar a molaridad: 1) en $1\ \text{L}$ ($1.000$ mL) la masa de solución es $\rho \cdot V$; 2) la masa de soluto es esa masa por la pureza; 3) se divide por la masa molar para obtener moles por litro.
En una bodega hay una solución concentrada de ácido clorhídrico $6{,}0$ M. Un técnico necesita preparar $500$ mL de una solución $0{,}50$ M por dilución. a) Calcula el…
En una bodega hay una solución concentrada de ácido clorhídrico $6{,}0$ M. Un técnico necesita preparar $500$ mL de una solución $0{,}50$ M por dilución.
- a) Calcula el volumen de solución concentrada que debe medir.
- b) Matías afirma que basta agregar $500$ mL de agua a ese volumen. Argumenta si tiene razón y explica cómo se debe completar el volumen correctamente.
- c) Compara la cantidad de soluto (en mol) antes y después de la dilución y explica qué se conserva y qué cambia.
Un ácido sulfúrico comercial ($\text{H}2\text{SO}4$) tiene una pureza de $98\ \%\ m/m$ y una densidad de $1{,}84$ g/mL. La masa molar del $\text{H}2\text{SO}4$ es $98$…
Un ácido sulfúrico comercial ($\text{H}_2\text{SO}_4$) tiene una pureza de $98\ \%\ m/m$ y una densidad de $1{,}84$ g/mL. La masa molar del $\text{H}_2\text{SO}_4$ es $98$ g/mol.
- a) Calcula la concentración molar de este ácido comercial.
- b) Calcula el volumen del ácido comercial necesario para preparar $1{,}0$ L de solución $0{,}10$ M.
- c) Explica por qué, al preparar la dilución, se recomienda agregar el ácido sobre el agua y no al revés.
Vuelve al principio: la azúcar del mote de Isidora se puede expresar como $\%\,m/m$ (gramos de azúcar por cada $100$ g de jugo) o como molaridad, según lo que necesites comparar.
Resumen
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Solución = soluto + solvente; las masas se suman, y el volumen se mide de la solución final.
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$\%\,m/m$, $\%\,v/v$ y $\%\,m/v$: soluto por cada $100$ partes de solución.
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ppm: $1\ \text{ppm} \approx 1\ \text{mg/L}$ en soluciones acuosas diluidas.
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Molaridad: $M = n/V$, con $V$ en litros y $n = m/M_{\text{molar}}$.
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Dilución: $M_1 V_1 = M_2 V_2$; el soluto se conserva y el volumen se completa hasta la marca de aforo.
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El ácido se agrega sobre el agua.